La computación cuántica se está convirtiendo cada vez más en el foco de los científicos en campos como la física y la química, y los industriales en las industrias farmacéutica, aeronáutica y automotriz. Globalmente, los laboratorios de investigación en compañías como Google e IBM están gastando grandes recursos en mejorar las computadoras cuánticas,y con buena razón. Las computadoras cuánticas usan los fundamentos de la mecánica cuántica para procesar cantidades significativamente mayores de información mucho más rápido que las computadoras clásicas. Se espera que cuando se logre la computación cuántica con corrección de errores y tolerancia a fallas, se produzca un avance científico y tecnológico enuna escala sin precedentes.
Pero, construir computadoras cuánticas para computación a gran escala está demostrando ser un desafío en términos de su arquitectura. Las unidades básicas de una computadora cuántica son los "bits cuánticos" o "qubits". Estos son típicamente átomos, iones, fotones, partículas subatómicas como los electrones, o incluso elementos más grandes que existen simultáneamente en múltiples estados, lo que hace posible obtener rápidamente varios resultados potenciales para grandes volúmenes de datos. El requisito teórico para las computadoras cuánticas es que estos están dispuestos en dos dimensiones 2D matrices, donde cada qubit está acoplado con su vecino más cercano y conectado a las líneas y dispositivos de control externo necesarios. Cuando se incrementa el número de qubits en una matriz, se hace difícil alcanzar qubits en el interior de la matriz desde el bordeLa necesidad de resolver este problema hasta ahora ha resultado en complejos sistemas de cableado tridimensional 3D a través de múltiples planos en los que se cruzan muchos cables, lo que hace que su construcción sea significativadesafío de ingeniería.
Un grupo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente, Japón, y la Universidad de Tecnología de Sídney, dirigido por el profesor Jaw-Shen Tsai, propone una solución única a este problema de accesibilidad de qubit modificando elarquitectura de la matriz qubit. "Aquí, resolvemos este problema y presentamos una microarquitectura superconductora modificada que no requiere ninguna tecnología de línea externa 3D y vuelve a un diseño completamente plano", dicen. Este estudio ha sido publicado en el Nueva revista de física .
Los científicos comenzaron con una matriz de celosía cuadrada qubit y extendieron cada columna en el plano 2D. Luego doblaron cada columna sucesiva una encima de la otra, formando una matriz dual unidimensional llamada matriz "bi-lineal".coloque todos los qubits en el borde y simplifique la disposición del sistema de cableado requerido. El sistema también está completamente en 2D. En esta nueva arquitectura, parte del cableado entre qubit - cada qubit también está conectado a todos los qubits adyacentes en una matriz- se superpone, pero debido a que estas son las únicas superposiciones en el cableado, los sistemas 3D locales simples, como puentes aéreos en el punto de superposición, son suficientes y el sistema en general permanece en 2D. Como puede imaginar, esto simplifica considerablemente su construcción.
Los científicos evaluaron la viabilidad de este nuevo arreglo a través de una evaluación numérica y experimental en la que probaron la cantidad de señal retenida antes y después de pasar por un puente aéreo. Los resultados de ambas evaluaciones mostraron que es posible construir y ejecutar estosistema con tecnología existente y sin ningún arreglo 3D.
Los experimentos de los científicos también les mostraron que su arquitectura resuelve varios problemas que afectan a las estructuras 3D: son difíciles de construir, hay interferencia o interferencia de señal entre las ondas transmitidas a través de dos cables, y los estados cuánticos frágiles de los qubits pueden degradarseEl novedoso diseño pseudo-2D reduce el número de veces que los cables se cruzan entre sí, reduciendo así la diafonía y, en consecuencia, aumentando la eficiencia del sistema.
En un momento en que grandes laboratorios de todo el mundo intentan encontrar formas de construir computadoras cuánticas tolerantes a fallas a gran escala, los hallazgos de este nuevo y emocionante estudio indican que dichas computadoras pueden construirse utilizando la tecnología de circuito integrado 2D existente ". La computadora cuántica".es un dispositivo de información que se espera que supere con creces las capacidades de las computadoras modernas ", afirma el profesor Tsai. El viaje de investigación en esta dirección solo ha comenzado con este estudio, y el profesor Tsai concluye diciendo:" Estamos planeando construir un circuito a pequeña escalapara examinar más a fondo y explorar la posibilidad "
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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